淺析影響熟料質量的因素

陳啟超，鄒波，韓顯平，茍華東，劉永建

淺析影響熟料質量的因素

Analysis of Factors Affecting the Clinker Quality

陳啟超，鄒波，韓顯平，茍華東，劉永建

影響熟料質量的因素，主要有原料成分、配料質量、燒成熱工制度以及煅燒技術幾方面。

1 氧化鎂的影響

原料中的MgO經過高溫煅燒，其中一部分與熟料礦物結合成固溶體，一部分熔于液相中。當熟料中含有少量MgO時，能降低熟料的燒成溫度，增加液相量，降低粘度，還能改善水泥的色澤。在硅酸鹽水泥中，MgO與主要熟料礦物化合的最大含量約為2%，超過部分就會呈游離狀態(tài)，以方鎂石的形式出現。方鎂石與水反應生成Mg（OH）2，其體積較游離MgO大，而且反應速度極慢，導致已經硬化的水泥凝固體內部發(fā)生體積膨脹而開裂，造成所謂MgO膨脹性破裂，對熟料質量及水泥質量影響較大。

2 氯的影響

氯在煅燒系統(tǒng)中經高溫反應主要生成CaCl2或氯化堿，其揮發(fā)性特別高，在回轉窯內幾乎全部再次高溫揮發(fā)，形成氯、堿循環(huán)富集，致使預熱器生料中氯化物的含量提高近百倍。另外，氯離子含量高對水泥混凝土質量影響也較大，因此，國內水泥新標準中對氯離子含量有了較嚴格的要求，含量不得超過0.06%。

3 游離二氧化硅的影響

游離二氧化硅是原料中的有害雜質，以隱晶質的α-石英為主，結構致密，質地堅硬，耐壓強度高，易磨性差，化學活性低、反應慢，對立磨及窯的操作均有不良影響。

4 硫含量的影響

窯內的硫化物主要形式是SO2，它在窯內的來源，一是燃料中硫的氧化，二是硫酸鹽的分解，在窯燒成帶汽化的99%的SO2都被旋風預熱器中的K2O、Na2O、和Ca2O所結合，隨著氣流在溫度較低處的生料粉顆粒表面凝聚。這些R2SO4除一小部分被窯灰?guī)ё咄?，因其揮發(fā)分較低，故大部分被固定在熟料中而帶出窯外，這是S/R正好平衡時的情況。

當S/R比失調的時候，SO2含量有富余，氣態(tài)SO2在窯氣中循環(huán)富集，硫會在窯尾預熱器中聚集，并在窯尾和四、五級預熱器形成硫循環(huán)結皮時，造成預熱器結皮堵塞，對熟料燒成影響較大；如是堿有富余，剩余的堿就會生成高揮發(fā)性的氯化堿和中等揮發(fā)性的碳酸堿，形成氯和堿的循環(huán)，影響預熱器的正常操作，因此較適宜的S/R比應控制在0.8～1.2。

5 堿含量（K2O+Na2O）的影響

堿對水泥生產的影響較大，過量的堿會使水泥產生堿集料反應。而煅燒含堿過高的生料時，由于堿性揮發(fā)物在窯尾和預熱器中的循環(huán)富集，容易引起結皮堵塞，在回轉窯內會造成料子發(fā)粘，燒結溫度范圍縮小，飛砂嚴重，窯皮疏松，使熟料質量下降，嚴重時將無法正常生產。堿除一部分揮發(fā)循環(huán)外，其余大部分都是以硫酸鹽的形式存在于熟料中。堿含量過高也是形成黃心料的另一種原因，如果堿含量過高，還會使熟料凝結時間縮短，甚至急凝，安定性不良，抗折強度降低等，并且早期強度略有升高，但后期強度則明顯下降。因此，現在很多混凝土大型工程都對水泥中的堿含量提出了較高的要求，以提高混凝土的質量，一般都要求控制在0.6%以內。

6 燃煤的影響

回轉窯煅燒用煤質量要求灰分Aad≤25%，揮發(fā)分 Vad在 15%～30%，發(fā)熱量 Qnet,ad≥20900kJ/kg，煤粉細度要求控制在6%～15%。事實上，我國目前由于優(yōu)質煤炭供應緊張且價格很高，很多廠家都達不到這一要求。由于煤粉燃燒后灰分全部沉落在燒成帶的熟料顆粒表面上，造成熟料顆粒表面富硅化，從而改變熟料表層礦物成分，C3S含量下降，C2S含量上升，影響熟料煅燒質量。適度控制頭尾煤用量，比例控制在4:6左右，從而增加分解爐中煤灰分與灼燒生料的混合程度，降低頭煤煤灰對熟料質量的負面影響。

7 火焰形狀和溫度的影響

煤粉燃燒火焰形狀的調節(jié)取決于煤粉的熱值、灰分、細度和揮發(fā)分及水分的大小，還取決于一次風的風速、風壓和風量大小，即窯頭燃燒器的規(guī)格和性能以及對不同煤質的適應性。調整好窯火焰長度也就是調整好燒成帶長度，也就是調整控制了熟料在高溫燒成帶停留的時間，火焰形狀和長度直接影響到熟料中C3S礦物的晶粒發(fā)育大小和活性。因此，在燒高強優(yōu)質熟料時，必須調整火焰長度適中，既不拉長火焰，使燒成帶溫度降低，也不縮短火焰，使高溫部分過于集中，從而燒垮窯皮和耐火磚，影響窯的安全運轉。回轉窯內火焰形狀粗細必須與窯斷面積相適應，要求是較近料而不觸料，正常形狀保持其縱斷面為正柳葉形狀，以保證熟料煅燒的質量。

至于干法窯窯頭火焰溫度的控制，視窯型大小而異。對于大型窯，如5000t/d以上窯型，火焰溫度控制在1750℃～1950℃的較高范圍內比較有利。窯內火焰溫度取決于兩部分因素：一是煤粉熱值、灰分和細度；二是二次風溫大小，對于燒劣質煤而言提高二次風溫很重要。對于易燒性差和含堿高的生料，適當提高火焰溫度，采用高溫燒成有利于熟料質量的提高和堿分的充分揮發(fā)，可獲得低堿熟料，對熟料質量有幫助。

8 熟料煅燒溫度的影響

一般情況下，只要控制熟料煅燒溫度在1300℃～1450℃～1300℃可確保熟料質量和燒結。目前我國相當部分廠家由于采用雙高配料（高KH、高SM）生產高強熟料，其生料易燒性變差，熱力強度高，所以相應熟料煅燒溫度應適度偏高控制，控制在1300℃～1500℃～1300℃左右比較有利。

9 窯型規(guī)格的影響

窯的長徑比對熟料煅燒質量有較大影響，如2000t/d預分解窯的L/D當前趨向于較短一些設計控制，以設計控制在10～11左右的廠家居多，這樣有利于熟料質量的提高。主要由于低長徑比短窯相應縮短了過渡帶的長度，有利于熟料升溫速率的提高；也縮短了預分解系統(tǒng)入窯灼熱生料的低溫陳化時間，有利于熟料C2S和fCaO及時溶入熟料液相以及C3S的形成和結晶，對優(yōu)質熟料的形成較為有利。

窯的直徑大小也對熟料煅燒質量有一定影響，一般認為大直徑窯比小直徑窯有利于熟料煅燒質量的提高。這是因為大窯在配料時采用高KH、高SM的配料，SM控制在2.8～3.0，KH控制在0.89～0.93，窯頭噴煤量大，火焰溫度偏高，有的甚至高達1800℃以上，仍然可以將以上雙高配料的熟料煅燒充分，質量良好。

10 窯速的影響

對于短小型預分解窯，如?3m×48m、?4m×43m預分解窯，窯速控制在3.0～3.5r/min，對熟料質量比較有利。因為其窯長度較短，為確保熟料在短窯內的高溫停留時間，窯速偏低控制較為有利。而對于長窯而言，窯速則偏高較好，如?4.3m×62m、? 4.8m×74m預分解窯,窯速控制在3.8～4.2r/min，對于高產質優(yōu)有利。

11 升溫速率和冷卻速率的影響

優(yōu)質熟料的形成要求預熱器分解爐氣固換熱效率高、傳熱快，在窯內過渡帶升溫階段要快速升溫，在操作控制上就是要適度提高窯速、加大灼燒生料的翻滾頻次，縮短過渡帶長度，延長燒成帶長度，促進熟料的C3S礦物形成和燒結。

燒高強優(yōu)質的熟料必須要求快燒急冷，窯頭篦冷機操作要強化，一室、二室高壓風風量要迅速，強化冷風對高溫熟料的急冷效果，急冷有利于防止C3S向C2S的轉化，有利于熟料質量的提高，也能提高熟料的易磨性。

12 入窯生料分解率的影響

入窯分解率是生料經過分解爐及下級預熱器后，分解成氧化物的碳酸鹽占總碳酸鹽的百分比，是衡量分解爐任務完成好壞的唯一指標，合適的分解率有利于熟料的煅燒，但并不是越高越好，如果剩余不足5%～10%的氧化鈣繼續(xù)在分解爐內分解，也就是CaCO3分解吸熱反應后的礦物生成的放熱反應，會造成災難性的燒結堵塞在分解爐及預熱器內發(fā)生。因此，合適的入窯分解率應控制在90%～95%左右為宜。

13 窯內氣氛的影響

回轉窯內煤粉燃燒過剩空氣系數一般應控制在1.10～1.15左右，以窯尾廢氣中氧濃度控制在2%～3%左右較好，即保持微氧化氣氛操作。但如果過剩空氣系數控制過低，二次風不足，就容易導致還原氣氛的產生，窯內如果出現還原氣氛，會產生CO氣體，且熟料中Fe2O3成分會被CO還原成FeO，影響熟料液相成分和粘度，影響熟料燒結，易產生大量黃心熟料，也浪費熱量和燃煤消耗量，從而影響到熟料質量。

綜上所述，在水泥熟料煅燒過程中，需要考慮到的方面很多，一旦生產的原燃材料已經確定，就需要在工藝配比方案上做大量試驗，要結合自身的原料成分特別是有害成分的含量、煤質情況、窯型及設備情況、操作控制技術等作出適宜的配比方案。不要片面追求高KH，高SM，更不能盲目套用別人的率值選擇。優(yōu)質熟料的率值必須與化學成分相匹配，更要追求優(yōu)質低能耗低成本的理念，而不是一味地追求高產。

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趙蓮